[发明专利]一种船舶横摇运动响应的快速预报方法

权利要求书

1.一种船舶横摇运动响应的快速预报方法，其特征在于，包括如下步骤：

将复杂的船体结构简化为两种不同宽度B、相同吃水深度T的长方体的组合体，并沿纵向连接布置并保证两长方体的中纵剖面重合；

获得船舶的船型参数和计算工况参数；获得单位波幅的规则波诱导的船舶横摇响应的运动微分方程；

根据单位波幅的规则波诱导的船舶横摇响应的运动微分方程，以及船型参数和计算工况参数，获得船舶横摇运动的频率响应函数，实现船舶横摇运动响应的快速预报；

单位波幅的规则波诱导的船舶横摇响应的运动微分方程可表达为：

其中为横摇角、T_N为横摇固有周期，C₄₄为恢复力矩系数，B₄₄为横摇水动力阻尼系数，M为波浪激励力矩；

根据公式(1)可计算获得船舶横摇运动的频率响应函数如下：

其中|M|为波浪激励力矩M的模或幅值，ω为波浪圆频率，ω_e为波浪遭遇频率。

2.根据权利要求1所述的一种船舶横摇运动响应的快速预报方法，其特征在于，恢复力矩系数为：

C₄₄＝gΔGM_T (3)

其中g为重力加速度、Δ为船舶排水量、GM_T为船舶横稳心高。

3.根据权利要求1所述的一种船舶横摇运动响应的快速预报方法，其特征在于，艉部和艏部浮体的宽度分别为B₀和B₁，两部分的长度分别为δL和(1-δ)L，其中L为船体总长，δ为艉部浮体所占长度的比例。

4.根据权利要求3所述的一种船舶横摇运动响应的快速预报方法，其特征在于，三维船体的横摇水动力阻尼系数B₄₄为：

B₄₄＝Lb_44,0[δ+κ²(1-δ)] (4)

其中κ²＝b_44,1/b_44,0，即为艏部和艉部两种宽度浮体的二维横剖面的横摇水动力阻尼系数的比值，b_44,0和b_44,1分别为艉部和艏部的二维横剖面的横摇水动力阻尼系数。

5.根据权利要求4所述的一种船舶横摇运动响应的快速预报方法，其特征在于，船体二维横剖面的横摇水动力阻尼系数b₄₄为：

其中ρ为流体密度，A为横剖面面积，波浪遭遇频率ω_e的表达式为：

ω_e＝ω-kVcosβ (6)

其中k为波数、V为船舶航速、β为浪向角，a、b、d三个函数可通过下式计算：

6.根据权利要求1所述的一种船舶横摇运动响应的快速预报方法，其特征在于，所述横摇水动力阻尼系数采用总阻尼系数代替，总阻尼系数为在横摇水动力阻尼系数的基础上增加临界阻尼系数，总阻尼系数的表达式为：

其中μ为粘性水动力系数百分比；临界阻尼系数，临界阻尼系数定义为：

7.根据权利要求1所述的一种船舶横摇运动响应的快速预报方法，其特征在于，船体某二维横剖面的激励力矩m可由下式计算得到：

将二维横剖面激励力矩m沿船长方向积分可以得到整船的波浪激励力矩：

通过对公式(12)取实部，可以得到力矩M的模或幅值|M|：

其中有效波数k_e的计算公式为：

k_e＝|kcosβ| (14)。